CN103744247B - 电控液晶透镜及其三维立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控液晶透镜及其三维立体显示装置。所述电控液晶透镜包括上极板、下极板、以及上、下极板之间的液晶材料层，所述上极板和下极板均由导电材料制成，所述上极板包括一个中心电极和两个侧电极，所述中心电极设置在上极板的中心位置，所述两个侧电极分别设置在上极板上，且在所述中心电极两侧的相对的两个侧边位置。本发明的优点在于，利用上极板自身电阻的作用，在液晶材料层中形成横向分布的渐变电场实现透镜的效果，无需制作小线宽的电极结构，方案易于实现。

Description

电控液晶透镜及其三维立体显示装置

技术领域

本发明涉及液晶技术领域，尤其涉及一种电控液晶透镜及其三维立体显示装置。

背景技术

随着显示技术的发展，3D立体显示技术有了长足的进展，目前已经成熟应用的3D立体显示技术主要包括眼镜式、头戴式以及裸眼式。眼镜式技术的原理是使用空间分割的偏振光显示图像配合偏振片眼镜或者是使用时间分割的快速切换的显示图像配合液晶开关眼镜来使得观察者的左右双眼获得不同的图像从而产生立体感；头戴式是直接使用两个显示部件给观察者的左右双眼提供不同的图像从而产生立体感；裸眼式技术的原理有空间分割以及时间分割显示，其中时间分割的技术是高速显示不同的图像，同时不同的光束方向给观察者的左右眼提供不同的图像从而产生立体感，而空间分割的技术是在同一个屏幕上显示两个不同的图像，同时利用光栅或者透镜的方法，使得观察者左右眼观察到两个不同的图像从而产生立体感，这也是目前最主要的裸眼3D立体显示方式。

光栅式裸眼3D立体显示技术的原理是利用一个放在显示图像前适当位置的光栅，当观察者也处于合适位置时，即可使得观察者左眼和右眼分别只能观察到显示图像中的一部分，当在这些左右眼分别能观察到的部分放置合适的图像时，观察者即可观察到立体图像。光栅式裸眼立体显示技术出现较早，并且由于容易采用液晶来制造电控光栅从而能够使得同一个显示器即能显示2D图像又能显示3D图像，应用较为广泛。

请参阅图1，其为现有技术一种液晶透镜的结构示意图。该液晶透镜包括：两个相对设置的电极结构第一电极结构12、第二电极结构16，每一个电极结构分别包括两个电极组，属于同一个电极结构的两个电极组之间相互绝缘；液晶层14，设置于所述两个电极结构之间，并包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；其中，属于同一个电极结构的两个电极组之间产生电场，所述电场用于改变所述液晶分子的排列方向。当一电极结构的两个电极组中的其中一组电极组施加一电压例如V1，而另一组电极组施加零电压或参考电压例如Vref。这样，上述两个电极组之间形成一电压差，进而产生电场。液晶层内的液晶分子在电场作用下排列方向发生改变，根据液晶分子在液晶层内的排布情况，不同区域的液晶分子的偏向角度不同，使得液晶分子的折射率呈现抛物线形变化，进而形成透镜，达到使得液晶层具有透镜的效果。

由于电控透镜是对应于液晶显示器上的单一像素单元，因此电控透镜的尺寸都很小。而附图1所示的电控透镜为了在液晶层中获得较好的透镜效果，需要制备多组相邻的第一电极结构12和第二电极结构16，这样每个电极的尺寸会更小，这无疑极大提高了制作工艺的难度。实际上，类似于附图1所示的这种依靠多个电极阵列实现透镜效果的结构，在实际应用中受到工艺对最小线宽的限制，因此是很难实现的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电控液晶透镜及其三维立体显示装置，可以无需制作小线宽的电极结构，方案易于实现。

为实现上述的目的，本发明提供了一种电控液晶透镜，包括上极板、下极板、以及上、下极板之间的液晶材料层，所述上极板和下极板均由导电材料制成，所述上极板包括一个中心电极和两个侧电极，所述中心电极设置在上极板的中心位置，所述两个侧电极分别设置在上极板上，且在所述中心电极两侧的相对的两个侧边位置；所述液晶透镜在工作状态下，所述两侧电极各自与中心电极之间具有一相等的第一电势差，并且所述中心电极与下极板之间具有一第二电势差，从而在液晶材料层中形成从中心电极位置向侧电极位置连续变化的电场。

可选的，所述上极板的形状为梯形或楔形。

可选的，所述上极板在中心电极两侧的形状相互对称。

可选的，所述上极板和下极板的材料是铟锡氧化物。

本发明进一步提供了一种三维立体显示装置，包括液晶面板以及设置于所述液晶面板表面的电控液晶透镜阵列，每一透镜对应于液晶面板上的一像素，所述液晶透镜为上述的电控液晶透镜。

可选的，所述电控液晶透镜阵列包括一贯通的中心电极和侧电极，所述贯通的中心电极和侧电极贯穿处于同一列的相邻液晶透镜。

可选的，所述电控液晶透镜阵列具有贯通的下极板。

本发明进一步提供了一种三维立体显示装置，包括液晶面板以及设置于所述液晶面板表面的电控液晶透镜阵列，每一透镜对应于液晶面板上的多像素，所述电控液晶透镜为上述的电控液晶透镜。

可选的，所述电控液晶透镜阵列包括一贯通的中心电极和侧电极，所述贯通的中心电极和侧电极贯穿处于同一列的相邻液晶透镜。

可选的，所述电控液晶透镜阵列具有贯通的下极板。

本发明的优点在于，利用上极板自身电阻的作用，在液晶材料层中形成横向分布的渐变电场实现透镜的效果，无需制作小线宽的电极结构，方案易于实现。

附图说明

附图1是现有技术的液晶透镜的结构示意图。

附图2所示是本发明所述电控液晶透镜具体实施方式的结构示意图。

附图3A是附图2所示电控液晶透镜不加电时的状态示意图。

附图3B是附图2所示电控液晶透镜在加电时的状态示意图。

附图4是用于液晶面板的电控液晶透镜阵列的局部俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明电控液晶透镜及其三维立体显示装置的具体实施方式做详细说明。

附图2所示是本发明所述电控液晶透镜具体实施方式的结构示意图，包括：上极板715、下极板717、以及上极板715和下极板717之间的液晶材料层716，所述上极板715和下极板717均由导电材料制成，例如铟锡氧化物（ITO）。所述上极板715包括一个中心电极712和两个侧电极714和710，所述中心电极712设置在上极板715的中心位置，所述两个侧电极714和710分别设置在上极板715上，且在所述中心电极712两侧的相对的两个侧边位置。所述中心电极712和两个侧电极714和710的材料例如可以是铜或者铝。所述中心电极712和两个侧电极714和710将上极板715分成对称的两部分713和711。

附图3A是上述电控液晶透镜不加电时的状态示意图。在此状态下，该液晶透镜内的液晶层的液晶分子呈现为一致的折射率，于是该液晶透镜对光线不形成透镜的作用。第一电源701为所述两个侧电极714和710与中心电极712之间施加的第一电势差为0，并且由第二电源709在所述中心电极712与下极板717之间施加的第二电势差亦为0，在此条件下，液晶层716中的液晶折射率是一致的，该透镜不会对光源721的出射光724起到任何透镜的效果。

附图3B是上述电控液晶透镜在加电时的状态示意图。此时所述液晶透镜在工作状态，可以由第一电源701为所述两个侧电极714和710与中心电极712之间施加一第一电势差V1，并且由第二电源709在所述中心电极712与下极板717之间施加一第二电势差V2。在这一状态下，下极板717与中心电极712之间具有恒定的电势差V2，并且下极板717与侧电极714和710之间具有恒定的电势差（V1+V2）。而由于上极板715自身的电阻效应，上极板715的其他位置与下基板717之间的电势差应当是V2至（V1+V2）之间渐变的，在从而在液晶材料层716中形成从中心电极712位置向侧电极714和710位置连续变化的电场718，参见附图2所示，较长的箭头表示较高的电场强度，较短的箭头表示较低的电场强度。连续变化的电场可以造成液晶材料层716中液晶折射率的变化，例如使折射率呈现抛物线形变化，以使所述液晶层具有透镜效果从而实现电控透镜。而电场718的分布可以通过调节上极板715的电阻分布来实现，例如将上极板715制作成梯形或楔形等，并且梯形或楔形的侧边可以是直线也可以曲线。显然，为了获得良好的折射效果，上极板715在中心电极712两侧对称设置。

上述结构利用了上极板715自身的电阻效应，在液晶材料层716中形成从中心电极712位置向侧电极714和710位置连续变化的电场718，并且只需制作三个电极即可获得此效果，无需为了提高透镜的效果而制作更多的电极结构，因此工艺易于实现。

在采用上述透镜的液晶面板中，电控液晶透镜阵列应当设置于所述液晶面板表面，每一透镜对应于液晶面板上的一个或多个像素，即一个透镜可以覆盖一个或者多个像素点，以实现3D显示的效果。由于只需制作三个电极即可获得此效果，无需为了提高透镜的效果而制作更多的电极结构，因此可以做到每个透镜对应较少的像素，甚至于一个像素。由于透镜已经形成了阵列，故阵列中同一列可以共享中心电极和侧电极，且所有的电控液晶透镜可以具有共同的下极板。

附图4所示是所述电控液晶透镜阵列的局部俯视图，包括了贯穿处于同一列的相邻液晶透镜贯通的中心电极712和侧电极714、710。

以上所述，仅是本发明的优选实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种三维立体显示装置，包括液晶面板以及设置于所述液晶面板表面的电控液晶透镜阵列，每一透镜对应于液晶面板上的一像素，所述电控液晶透镜包括上极板、下极板、以及上、下极板之间的液晶材料层，所述上极板和下极板均由导电材料制成，所述上极板包括一个中心电极和两个侧电极，所述中心电极设置在上极板的中心位置，所述两个侧电极分别设置在上极板上所述中心电极两侧的相对的两个侧边位置；所述电控液晶透镜在工作状态下，所述两侧电极各自与中心电极之间具有一相等的第一电势差，并且所述中心电极与下极板之间具有一第二电势差，从而在液晶材料层中形成从中心电极位置向侧电极位置连续变化的电场，其特征在于：所述电控液晶透镜阵列的包括一贯通的中心电极和侧电极，所述贯通的中心电极和侧电极贯穿处于同一列的相邻电控液晶透镜。

2.根据权利要求1所述的三维立体显示装置，其特征在于，所述电控液晶透镜阵列具有贯通的下极板。

3.一种三维立体显示装置，包括液晶面板以及设置于所述液晶面板表面的电控液晶透镜阵列，每一透镜对应于液晶面板上的多像素，所述电控液晶透镜包括上极板、下极板、以及上、下极板之间的液晶材料层，所述上极板和下极板均由导电材料制成，所述上极板包括一个中心电极和两个侧电极，所述中心电极设置在上极板的中心位置，所述两个侧电极分别设置在上极板上所述中心电极两侧的相对的两个侧边位置；所述电控液晶透镜在工作状态下，所述两侧电极各自与中心电极之间具有一相等的第一电势差，并且所述中心电极与下极板之间具有一第二电势差，从而在液晶材料层中形成从中心电极位置向侧电极位置连续变化的电场，其特征在于，所述电控液晶透镜阵列的包括一贯通的中心电极和侧电极，所述贯通的中心电极和侧电极贯穿处于同一列的相邻电控液晶透镜。

4.根据权利要求3所述的三维立体显示装置，其特征在于，所述电控液晶透镜阵列具有贯通的下极板。